第二章 食品物性：固体食品的基本特征
合集下载
第二章食品物性学ppt课件
可编辑课件PPT
25
2.1.5 食品流变性质的测定
2.1.5.1 黏度测量 1）毛细管黏度计 毛细管黏度计大体上
是U型，主要适用于低 黏度的流体。
可编辑课件PPT
26
2）落球黏度计
这类黏度计含有一根管子，小球在重力的作用下 可以从管中落下，其操作方法是测量小球在重力作 用下，通过装有流体的管子所需的时间。
可编辑课件PPT
19
2.1.3.2 淀粉类食品
淀粉溶液经过加热处理后具有凝胶性，流变 学性质变化范围很宽，从简单的黏性流体扩延到 高弹性的凝胶，这种多样性使淀粉具有广泛的工 艺用途。
1）淀粉水分分散液结构与流变性质关系 淀粉增稠与凝胶性质主要取决于系统的微观
结构，而微观结构与淀粉加工及淀粉种类有关。 淀粉分散系是胶质系统，膨胀的淀粉颗粒形
1）应力松弛实验
如果食品物料变形成固定的形状并保持不变，
那么维持这种形变所需要的应力随着时间而下降，即
应力松弛现象。
2）爬升实验
如果物料上存在较大的恒力负载，随着时间的延 长物料持续变形，通常称为爬升。
爬升实验是指在标准时间段测量瞬间恒力作用， 在物质上所产生的形变。
可编辑课件PPT
31
3）动力学实验
2.1.2 食品的流变学特性变化规律
2.1.2.1 液态食品分散体系的流变学特征
1）食品分散体系的分类
（1）分子分散体系。分散的粒子半径小于 10-7cm ，相当于单个分子或离子的大小。如蔗糖溶于水 后形成的“真溶液”。
（2）胶体分散体系。分散相的粒子半径为 10-7~10-5cm。
可编辑课件PPT
第二章 食品物性学
第二章 食品物性学
2.1
食品物性学简介
纤维素等物含最与比例， 称为营养价值。
前三个属于被感知的因素，因此,通常称为感官特性。 感 官特性是评价食品质量的重要特性.消费者通过食用食 品,可以获得感官上的愉悦.例如对 麻、辣、烫等特殊风味 的追求.对酥脆食品口感追求等。 食品的终极目的是满足人们的物质要求，人们是食 品的生产和消费的主体，食品的感觉性质构成食品物性
但意义和前景却格外引人注目。
四、食品物性学研究的目的
食品加工过程中的物性变化是不可避免的，有些物
性变化是有利的，加工后的食品其物性有利于人们消化 吸收或满足口感，如小麦磨成粉末后加工出不同质构的 面包等；而有些物性变化是不利的，其中冷冻食品、罐 头食品和长期贮藏的果蔬产品，其质构变软、弹性减弱。 为了获得消费者满意的食品，在加工与贮藏过程中，我 们要采取必要的技术手段，如添加一些增稠剂提高产品 的黏弹性、添加氯化钙提高果蔬的硬度等。
了在一些单元操作方面（如杀菌、干燥、蒸馏、熟化、
冷冻、凝固、融化、烘烤、蒸煮等）热物性有着十分重 要的作用外，对食品进行冷热处理，改善其某种品质，
目前也成为令人注目的研究领域。
4 食品的电学性质
对食品电学性质的研究，虽然起步较晚，但随着食 品工业的发展，近年越来越受到重视。食品电学性 质主要是指：食品及其原料的导电特性、介电特性， 以及其它电磁和物理特性。
从组成来看，食品的大部分都属于复杂的混合
物，不仅有无机物、有机物，甚至还包括有细
胞结构的生物体。为非均质结构。
食品的形态也复杂多样。为了便于研究，有人把它
分为液状食品、凝胶状食品、凝脂状食品、细胞状 食品、纤维状食品和多孔状食品。
凝胶是固态或半固态的胶体体系。它是由胶体颗粒、高分子或表 面活性剂分子互相连接形成的空间网状结构，结构空隙中充满了 液体。液体被包在其中固定不动，使体系失去流动性，其性质介 于固体和液体之间。
(完整版)第2章食品的主要形态与物理性质
c.色散力
色散力： 瞬间偶极之间的相互作用力。 作用能一般为0.8-8kJ/mol。
在任发何生一E相瞬L对间位，移23一，(些使I1I电分1I子2子I2与具)原有R1子2瞬6核2间2 之偶间极必。然会
式中：
EL——分子间色散力作用能;
I1、I2——两种分子的电离能；
R——分子间的距离;
α1、α2——两种分子的极化率。
子称为无规线团。
实验表明，除少数蛋白质分子 以外，线形高分子在溶液中的 构象是无规线团; 非晶相本体高聚物中的高分子 链也是无规线团，但无规线团 之间互相贯穿。
2.2 聚集态结构与内聚能
2.2.1 食品形态微观结构
按分子的聚集排列方式主要有三种类型:
晶态：分子(或原子、离子)间的几何排列具有 三维远程有序;
第二章 食品的主要形态与物理性质
2.1 微观结构与作用力 2.2 聚集态结构与内聚能 2.3 食品中的水分 2.4 食品分散体系 2.5 动物肌肉结构 2.6 植物细胞结构
2.1 微观结构与作用力
物质的结构：物质的组成单元(原子或分子)之间相互吸 引和相互排斥的作用达到平衡时在空间的几何排列。
分子结构：分子内原子之间的几何排列
a.键合力
共价键 离子键 金属键
键合原子之 间的吸引力
在食品中，主要是共价键和离子键
a.键合力
食品主要成份中共价键的键长与键能
共价键
二硫键：是维持蛋白质三级结构的键合力， 肽键：其键能是其维值持略蛋低白于质肽的键一。级结构形态， 与维持蛋白质空间构象的其他次级键相比， 其键能较高，因此蛋白质构象容易发生变化，
2.1.1 高分子内原子间与分子间相互作用
d.氢键
氢键：极性很强的X-H键上的氢原子与另一个键上电 负性很大的Y原子之间相互吸引而形成的 (X-H…Y)。作用能为12-30kJ/mol。
固体食品的基本物理特征
3 气体或液体排出法 细小颗粒状和不规则形状固态食品体积的测量 由两个密封室构成 在容器2中装入待测物料。 将阀门2关闭，向容器1中充 入压缩空气。当压力表达到一定 数值时将阀门l关闭，待其平衡 后由压力表测出压力为P1 。
空 气 入 口 阀 门 1
压力计
阀 门 2 1室
空 气 阀 出 门 口 3
盛颗粒状固体的2室
压力计 空 空 由理想气体定律计算出来： 气 气 入 PVa MRT / n，其中，P是容器内的绝对压力，Va 是容器内 阀 阀 出 口 阀 门 门 门 口 M是容器中气体的质量，R是通用 1 2 3
气体常数，T是绝对温度，P是绝 对压力，Va是容器1的体积
1室
盛颗粒状固体的2室
玉米粒的表面积为
(2883.72×0.58)/0.22=7602.53(mm2)
第三节
一、密度的定义
密度
物体每单位体积内所具有的质量称密度。物体的质量与 同体积的1个大气压、4℃的纯水的质量之比称比重。根 据体积测定方法不同，密度有不同的定义。
1、体积密度：材料在自然状态下单位体积的质量称为体积密度。 2、密度：材料在绝对密实状态下单位体积的质量称为密度。 3、堆积密度：散粒材料在规定装填条件下单位体积的质量称为 堆积密度。 注意：密实状态下的体积是指构成材料的固体物质本身的体积； 自然状态下的体积是指固体物质的体积与全部孔隙体积之和；堆 积体积是指自然状态下的体积与颗粒之间的空隙之和。 4、表观密度：材料的质量与表观体积之比。表观体积是实体积 加闭口孔隙体积，此体积即材料排开水的体积。 5、颗粒密度：是指粉体质量除以包括开口细孔与封闭细孔在内 的颗粒体积Vg所求得的密度。
2 台秤称量法 较大体积的固态食品（如果蔬的体积）的测量 取足以容纳食品的大烧杯,部 分装上水，用台秤称量水和 烧杯的质量 W
食品物料的基本物性特征概述
食品物料的基本物性特征概述食品物料的基本物性特征是指食品原料或加工过程中所使用的物质在物理、化学、生物学等方面的性质和特点。
这些特征对食品的质量、味道、口感、安全性等方面起着重要的影响。
以下是食品物料的一些基本物性特征的概述：1. 密度：食品物料的密度是指其单位体积的质量。
密度的大小直接影响食品的体积、重量等特性。
不同食品物料的密度差异很大，如浓缩果汁的密度较高，而膨化食品的密度较低。
2. 水分含量：食品物料的水分含量是指食品中所含的水分的百分比。
水分是食品中不可或缺的重要成分，直接影响食品的口感、保质期、腐败性等方面。
3. pH值：食品物料的pH值是指其溶液中氢离子浓度的负对数。
pH值是食品酸碱性的度量标准，通过控制食品物料的pH 值可以改变食品的味道、色泽和质地等特性。
4. 纤维含量：食品物料的纤维含量是指其中所含的膳食纤维的比例。
膳食纤维是食品中的重要成分，对人体健康有益，可以促进消化系统的健康，并降低血脂和血糖。
5. 蛋白质含量：食品物料的蛋白质含量是指其中所含蛋白质的百分比。
蛋白质是食品的重要营养成分，对人体的生长发育、身体修复等方面起着重要的作用。
6. 脂肪含量：食品物料的脂肪含量是指其中所含脂肪的百分比。
脂肪是食品的主要能量来源之一，也是一种必需营养素，但过高的脂肪含量与一些慢性疾病如心血管疾病相关。
7. 燃烧热值：食品物料的燃烧热值是指在完全燃烧时产生的热量。
燃烧热值是衡量食品物料热量含量的指标，可以提供给人体能量。
8. 抗氧化性：食品物料的抗氧化性是指其对氧化反应的抑制作用。
抗氧化性可以延缓食品的变质和腐败，保持食品的营养价值和美味。
以上是食品物料的一些基本物性特征的概述。
食品行业通过研究和掌握这些特征，可以更好地选择合适的食品物料，并优化加工工艺，提高食品质量和安全性。
食品物料的基本物性特征是食品工程与食品科学领域中的重要概念。
它们是描述食品原料和加工过程中所用物质的性质和特点的指标。
第二章食品的基本物理特征
体积的测量 -气体排出法
2019/2/7
体积的测量 -气体排出法
测量过程是:首先将被测物质放于 第二个容器内，关闭活塞2和活 塞3，并打开活塞1。之后向容器 1充入压缩空气，当容器1内的压 力达到一定值时，关闭活塞1,并 记录容器1的压力P1。 关闭活塞 3打开活塞2，容器1内的气体充 入容器2中，待平衡后记录容器2 的压力p2。 设气体规律符合理想 气体定律，一般情况下， V1=V2=V,则Vs计算式为：
2019/2/7
圆度
式中，ri——类球体食品最大投影面积图形上棱角的曲率半 径 R——类球体食品最大投影面积图形的最大内接圆半径 n——棱角总数。
2019/2/7
圆度
式中，rmin最大投影面积图上类球体食品的最小曲率 半径 Rp—最大投影面积图上类球体食品的平均半径。
2019/2/7
球度
2019/2/7
尺寸和形状
大多数水果的形状是近似于球状的，称为类 球体。类球体常用圆度或球度来定量描述。 圆度：表示类球体棱角的锐利程度。 球度：表示类球体的球形程度。
2019/2/7
圆度
类球体的圆度是表示其棱角锐利程度的一个参数，它有多种 表示方法: 式中，Ap—类球体食品在自然放置稳定状态下的最大投影面 积; Ac－Ap面积的最小外接圆面积。
2019/2/7
三、粉体粒子的比表面积
（一)比表面积
粒子比表面积是指单位重量或体积所具有的粒子表面积。
Sw=6/d； Sv=6/d
Sw ,Sv分别为重量和体积比表面积， 为颗粒密度，d面积平均径。
2019/2/7 31
(二)比表面积测定
食品的特性
15
第一节 食品的化学特性
2. 动物色素 ❖ 血红素：呈现红色，性质不稳定。
肌红蛋白（Myoglobin）和血红蛋白（Hemoglobin），如果放血充分，前者 约占肉中色素的80%～90%，占主导地位。
肌红蛋白、氧合肌红蛋白和高铁肌红蛋白之间的转化
16
第一节 食品的化学特性
2. 动物色素 ❖ 蛋黄素：呈现黄色，性质稳定。 ❖ 胭脂虫色素：呈现红色，性质较稳定。 3. 微生物色素 ❖ 红曲色素：呈现鲜红色，性质极稳定。
2. 脂质对食品保藏性的影响
❖ 油脂的氧化：自动氧化、光敏氧化、酶促氧化。 ❖ 自动氧化：诱发期、增殖期、终止期。 ❖ 贮藏方式：低温、避光、隔绝氧气、降低水分、减少与金属离
子接触、添加抗氧化剂。
❖ 脂质氧化对品质的影响。
12
第一节 食品的化学特性
（三）蛋白质
1. 蛋白质的分类和存在
❖ 单纯蛋白质：完全水解产物只有-氨基酸 ❖ 结合蛋白质：单纯蛋白和耐热非蛋白结合而成，如脂蛋
甜点、干果、果酱、果冻、咸鱼、某些干酪 方便面、糖果和巧克力制品、饼干、休闲食品如马铃 薯片、膨化食品、干制蔬菜
10
第一节 食品的化学特性
二、食品中的天然物质
（一）碳水化合物
1. 碳水化合物的分类和存在
❖ 单糖：戊糖和己糖，葡萄糖、果糖、半乳糖。 ❖ 低聚糖：以双糖最为重要，常见的有麦芽糖、蔗糖、乳糖。 ❖ 多糖：淀粉、糖原、纤维素、果胶质。
31
第一节 食品的化学特性
（三）中国食品添加剂使用卫生标准
❖ GB2760-1996颁布，1997年和1998年增补品种。目前生产中允许使用22类 2000多种，其中香料约170种，酶制剂约30种，着色剂约60种，防腐剂约30 种，乳化剂约30种。
第一节 食品的化学特性
2. 动物色素 ❖ 血红素：呈现红色，性质不稳定。
肌红蛋白（Myoglobin）和血红蛋白（Hemoglobin），如果放血充分，前者 约占肉中色素的80%～90%，占主导地位。
肌红蛋白、氧合肌红蛋白和高铁肌红蛋白之间的转化
16
第一节 食品的化学特性
2. 动物色素 ❖ 蛋黄素：呈现黄色，性质稳定。 ❖ 胭脂虫色素：呈现红色，性质较稳定。 3. 微生物色素 ❖ 红曲色素：呈现鲜红色，性质极稳定。
2. 脂质对食品保藏性的影响
❖ 油脂的氧化：自动氧化、光敏氧化、酶促氧化。 ❖ 自动氧化：诱发期、增殖期、终止期。 ❖ 贮藏方式：低温、避光、隔绝氧气、降低水分、减少与金属离
子接触、添加抗氧化剂。
❖ 脂质氧化对品质的影响。
12
第一节 食品的化学特性
（三）蛋白质
1. 蛋白质的分类和存在
❖ 单纯蛋白质：完全水解产物只有-氨基酸 ❖ 结合蛋白质：单纯蛋白和耐热非蛋白结合而成，如脂蛋
甜点、干果、果酱、果冻、咸鱼、某些干酪 方便面、糖果和巧克力制品、饼干、休闲食品如马铃 薯片、膨化食品、干制蔬菜
10
第一节 食品的化学特性
二、食品中的天然物质
（一）碳水化合物
1. 碳水化合物的分类和存在
❖ 单糖：戊糖和己糖，葡萄糖、果糖、半乳糖。 ❖ 低聚糖：以双糖最为重要，常见的有麦芽糖、蔗糖、乳糖。 ❖ 多糖：淀粉、糖原、纤维素、果胶质。
31
第一节 食品的化学特性
（三）中国食品添加剂使用卫生标准
❖ GB2760-1996颁布，1997年和1998年增补品种。目前生产中允许使用22类 2000多种，其中香料约170种，酶制剂约30种，着色剂约60种，防腐剂约30 种，乳化剂约30种。
食品物性学固态与半固态食品的物性
流变性质对食品品质的影响：分析流变性质对食品品质的影响，如口感、质地、保质期等方面的差异。
不同食品的流变性质比较：列举不同食品的流变性质，如面包、饼干、果冻、肉制品等，并进行比较分析。
流变性质与食品加工的关系：探讨流变性质与食品加工的关系，如加工工艺、设备选择、添加剂使用等方面的考虑因素。
加工特性的异同点
开发新品种和新产品：食品物性学可以通过研究不同种类和状态的食品的物性，为新品种和新产品的开发提供理论支持，从而满足消费者对不同口感和质地的需求。
改善食品质地：食品物性学可以通过研究食品的微观结构和性质，为固态和半固态食品的加工提供理论支持，从而改善产品的质地和口感。
提高食品稳定性：食品物性学可以研究食品的流变特性和微观结构，从而为固态和半固态食品的加工提供稳定剂和增稠剂等添加剂的选择和使用提供理论指导，提高产品的稳定性和保存性。
THANKS
汇报人：
利用食品物性学原理进行食品设计和开发
结合现代科技手段，实现个性化、功能化的食品开发
发展趋势包括：利用大数据和人工智能等技术手段，提高食品设计和开发的效率和精度
跨学科合作与交叉领域研究
食品物性学与材料科学的交叉研究
食品物性学与其他相关学科的合作与交流
食品物性学与计算机科学的融合
食品物性学与生物技术的结合
添加标题
黏性：固态食品的黏性是指食品在受到外力时容易黏附在一起的性质。例如，面粉和糖等食品通常具有较高的黏性。
添加标题
弹性：固态食品的弹性是指食品在受到外力后能够恢复原状的能力。例如，橡皮筋和口香糖等食品通常具有较高的弹性。
添加标题
脆性：固态食品的脆性是指食品在受到外力时容易破裂的性质。例如，饼干和面包等食品通常具有较高的脆性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2013-7-13 37
食品在液体中受到的浮力Fa为:
g
2013-7-13
38
台称称量法
方法：可以用体积测量中的台秤称重法测出其体积， 设待测食品质量为ms，则食品的密度ρs为：
2013-7-13
39
例题
将鳄梨置于天平上称重，然后用细线拴住 柄，悬浮于盛水烧杯中。注意整个鳄梨浸 入水中，且不能接触容器底部和壁。鳄梨 质量219.8g。没有鳄梨时，容器及水质量 1137.1g，鳄梨浸入水中时，烧杯、水和鳄 梨总质量1355.3g。水温20度。求鳄梨密度。 水密度：0.9982g/cm3。
第二章 固体食品的基本物理特征
潘磊庆 屠康 南京农业大学食品科技学院
2013-7-13
1
内容提要
本章主要介绍了固体食品的基本物理特征： 单体尺寸 综合尺寸 外观形状 面积 体积
2013-7-13
2
物理特征的应用
• 水果的形状和尺寸大小决定了在运输时，决定尺寸的 包装箱或塑料袋中能装载的数量。 • 在固体筛分除杂和果蔬分类过程中，形状和物理尺寸 起重要作用。 • 果蔬、粮食和种子质量的差异往往可以通过密度的不 同检测出来。 • 气流输送粮食和其他颗粒固体或水力输送果蔬时，流 体流速的设计与物料密度和形状均有关 。 • 液体食物的密度对于离心分离、沉降分离、流动特性 以及用泵输送的能量需求来说是重要因素。
2013-7-13
3
重点难点
固体食品形状与尺寸（如圆度、球度）常用的测量 方法； 固体食品体积与表面积的测量及计算方法； 真实密度与体积质量的测量方法； 基本物理特征的统计回归关系 基本物理特征在实际生产中的应用。
2013-7-13 4
2.1 形状与尺寸
大小常用尺寸来描述，形状则是各种尺 寸的综合体现。 规则形状的食品的尺寸可以用几何尺寸 来表示。 大部分食品很难用单独的一个尺寸简单 的表示出它们的形状。
排气测量颗 粒密度时， 必须保证气 体不会渗入 内部空隙中。
粒密度 影响 因素
比较时， 选择同一 种类，同 一品种
在不小于 70℃时干燥 谷物和食品， 可以减小粒 密度。
2013-7-13
47
体积质量等于颗粒质量比容器体积， 单位为g/cm3或kg/m3,
检测方法：将样品倒入己知尺寸的容器中，使其从一定高度落 下受到冲击振实。填充方法和容器尺寸都会影响检测，所以需 要控制固体下落高度和颗粒流的直径，测出此时表观容积Va和
不包括粒状 食品之间空 隙体积的体 积
包括粒状食品之 间空隙体积的体 积
35
2.3.1 真实密度
密度天平测量法(浮力法) 体积较小的食品
台称称量法
体积较大的食品
密度瓶法
细小粒状或粉末状
估算法
一般的食品
2013-7-13
36
密度天平测量法（浮力法）
方法：测定时，将食品或农产品放置在 空气中和液体中分别称重，称得质量分 别为ms和ms'，
食品密度：
2013-7-13
43
由组分密度计算整体密度
许多农产品和食品的密度相差很少； 水、脂肪和盐密度相差较多。
某食品密度依赖于 次要成分的密度。
2013-7-13 44
如果已知农产品或食物组分，可以从ρi和mi计算出真实 密度ρs：
将组分分成水分和干物质，由 此可以推断出水分对密度的影 响
2013-7-13 45
2013-7-13
13
rmin 圆度 Rp
式中：
rmin为最大投影面积图上类 球体食品的最小曲率半径；
Rp为最大投影面积图上类
球体食品的平均半径。
2013-7-13
14
2.1.2 球度
类球体食品的球度表示其球形程度，即等体 积球体投影圆的周长，与食品最小外接球体 投影圆的周长之比。 其表示方法有以下三类：
1 （80 70 70）/ 3 球度
73.18 0.914 80 80
2013-7-13
18
2.2 体积与表面积
2.2.1 体积的测量 通过测定气体、液体排出量，确定固体体积。
小颗粒固态食品 （谷物和种子）
密度瓶法
较大体积的固态 食品（果蔬）
台秤称量法
气体排出法 细小颗粒状和不规 则形状固态食品
2013-7-13 11
2.1.1 圆度
类球体的圆度是表示其棱角锐利程度的一个 参数。
方法一：
圆度=Ap / Ac
式中： Ap为类球体食品在自然放
置稳定状态下的最大投影面 积； Ac为食品投影的最小外接 圆面积。
2013-7-13 12
圆度
式中：
r
i 1
n
i
nR
ri为类球体食品最大投影面 积图形上棱角的曲率半径； R为类球体食品最大投影面 积图形的最大内接圆半径； N为棱角总数。
2.3.2 体积质量
颗粒状物质，如谷物、面粉和脱水食物可以用真实密度、 粒密度和体积质量进行描述。
真实密度
颗粒状 物质描 述
粒密度
体积质量
指单个颗粒、单 个籽粒上单位体 积的密度。
2013-7-13 46
颗粒内部的空隙影 响粒密度。 不同种类谷物颗粒 密度相差很多，而 同一种谷物的不同 类别之间的差异小 一些。 粒密度也和水分含 量紧密相关。
201合理想气体定律： PV=nRT
设平衡发生在恒温下： P1V1=P2V1+P2(V2-Vs)
Vs 2V
V2是2室内气体体积；Vs是2室内固体体积
V1=V2=V
P1 V P2
注意事项
a.空气不完全遵从理想气体定律 b.两容器等压不等温 c.压力计出现问题，需校验设备 d.减少气体进入食品内（涂膜）
2013-7-13 23
注意事项
• 食品不能接触烧杯底部； • 如果食品比水重，那么可以用尼龙线将其悬挂； • 如果食品比水轻，则要用一个金属棒将食品压入 水中。
2013-7-13
24
（3）气体排出法（细小颗粒和不规则固体食品， 谷物、甘草）
原理：
根据理想气体状态方程
PV=nRT(克拉伯龙方程）
其它方法 计算机图像识别系统快速检测具有圆形或椭圆形 横截面的果蔬、种子表面积和体积。
2013-7-13
29
2.2.3 投影法计算食品体积和表面积
不规则形状的较大体积的食品，其表面积可以用投 影法计算出来。 物体各项尺寸之间的无量纲组合， 称为形状因素。 物体尺寸与其面积或体积之间的关系称为形状系数。 形状系数是表示物体实际形状与球形不一致程度的 尺寸。常用的是面积形状系数和体积形状系数。
许多果蔬的长度都是指平行于茎的最长尺寸， 直径则指正交于茎的最长尺寸。
但也有特殊情况，比如:土豆的直径就不是参 照茎定义的，而是垂直于最长轴的最大尺寸。
9
2013-7-13
果蔬、谷物、种子等形状差别很大。
2013-7-13
10
•大多数水果呈类球体. •类球体分为扁球体、椭球体等。 •通常用圆度和球度定量描述。
2013-7-13
5
用食品与农产品凸起部分的尺寸来表示其大小：三维尺 寸分别为大直径、中径和小直径。 大直径：最大凸起区域的最长尺寸； 小直径：最小凸起区域的最短直径； 中径：最大凸起区域的最小直径，一般人们假设 它与最小凸起区域的最长直径相等。
用测微器或测径器测量三维尺寸
2013-7-13
2013-7-13
15
2013-7-13
16
计算直径与食品的大直径、中径和小直径相 等的椭圆的体积。此时的球度是此食品体积 与理想球体（球体直径与产品大直径相等） 体积之比：
2013-7-13
17
例题
已知一个梨的大直径为80 mm，中经为70 mm， 小直径为70 mm，则该梨的球度为多少？ （7.3183=392）
2013-7-13 19
（1）密度瓶法（小颗粒固态食品，谷物）
原理：
通过测量食品排出液体的质量，利用公式进行计算。
2013-7-13
20
注意 事项
称空密度瓶质量前，一定要经过烘干处理，避 免瓶内有残留液体。
式中： Vs——固态食品体积； mp——空密度瓶的质量； mpf——装满液体的密度瓶的质量； mps——装入食品的密度瓶的质量（无液体）； mpfs——同时装有液体和食品的密度瓶的质量； ρf ——液体密度。
2013-7-13
40
解答
浮力=（容器+水+悬浮鳄梨）的总质量-容器 和水的质量。 即：浮力=1355.3g-1137.1g=218.2g。 鳄梨体积=218.2g/0.9982g/cm3=218.6cm3 密度=质量/体积 =219.8g/218.6cm3=1.005g/cm3 讨论：水和鳄梨密度接近。
质量ms后，即可求得表观密度ρa:
表观密度的倒数称为表观比容积
2013-7-13
48
如果将装填好的容器继续敲打，直至获得最紧密状 态，则此时的表观密度称为最终表观密度或称为充 填密度ρt:
式中，Vt——食品的最终填充体积。
2013-7-13
49
人工干燥、组分等 粒度分布情况和颗 粒形状 填料方法 直接从喷嘴填 入容器的谷物 密度不如用离 心式谷物分布 机装入的体积 质量大
2013-7-13 31
食品单位体积的表面积Sv，也叫作比表面积，表示为：
a SV, a——食品的体面积形状系数， 也称比表面积形状系数； xSV——食品的体面积尺寸。
2013-7-13
32
2.3 密度
食品密度
食品在液体中受到的浮力Fa为:
g
2013-7-13
38
台称称量法
方法：可以用体积测量中的台秤称重法测出其体积， 设待测食品质量为ms，则食品的密度ρs为：
2013-7-13
39
例题
将鳄梨置于天平上称重，然后用细线拴住 柄，悬浮于盛水烧杯中。注意整个鳄梨浸 入水中，且不能接触容器底部和壁。鳄梨 质量219.8g。没有鳄梨时，容器及水质量 1137.1g，鳄梨浸入水中时，烧杯、水和鳄 梨总质量1355.3g。水温20度。求鳄梨密度。 水密度：0.9982g/cm3。
第二章 固体食品的基本物理特征
潘磊庆 屠康 南京农业大学食品科技学院
2013-7-13
1
内容提要
本章主要介绍了固体食品的基本物理特征： 单体尺寸 综合尺寸 外观形状 面积 体积
2013-7-13
2
物理特征的应用
• 水果的形状和尺寸大小决定了在运输时，决定尺寸的 包装箱或塑料袋中能装载的数量。 • 在固体筛分除杂和果蔬分类过程中，形状和物理尺寸 起重要作用。 • 果蔬、粮食和种子质量的差异往往可以通过密度的不 同检测出来。 • 气流输送粮食和其他颗粒固体或水力输送果蔬时，流 体流速的设计与物料密度和形状均有关 。 • 液体食物的密度对于离心分离、沉降分离、流动特性 以及用泵输送的能量需求来说是重要因素。
2013-7-13
3
重点难点
固体食品形状与尺寸（如圆度、球度）常用的测量 方法； 固体食品体积与表面积的测量及计算方法； 真实密度与体积质量的测量方法； 基本物理特征的统计回归关系 基本物理特征在实际生产中的应用。
2013-7-13 4
2.1 形状与尺寸
大小常用尺寸来描述，形状则是各种尺 寸的综合体现。 规则形状的食品的尺寸可以用几何尺寸 来表示。 大部分食品很难用单独的一个尺寸简单 的表示出它们的形状。
排气测量颗 粒密度时， 必须保证气 体不会渗入 内部空隙中。
粒密度 影响 因素
比较时， 选择同一 种类，同 一品种
在不小于 70℃时干燥 谷物和食品， 可以减小粒 密度。
2013-7-13
47
体积质量等于颗粒质量比容器体积， 单位为g/cm3或kg/m3,
检测方法：将样品倒入己知尺寸的容器中，使其从一定高度落 下受到冲击振实。填充方法和容器尺寸都会影响检测，所以需 要控制固体下落高度和颗粒流的直径，测出此时表观容积Va和
不包括粒状 食品之间空 隙体积的体 积
包括粒状食品之 间空隙体积的体 积
35
2.3.1 真实密度
密度天平测量法(浮力法) 体积较小的食品
台称称量法
体积较大的食品
密度瓶法
细小粒状或粉末状
估算法
一般的食品
2013-7-13
36
密度天平测量法（浮力法）
方法：测定时，将食品或农产品放置在 空气中和液体中分别称重，称得质量分 别为ms和ms'，
食品密度：
2013-7-13
43
由组分密度计算整体密度
许多农产品和食品的密度相差很少； 水、脂肪和盐密度相差较多。
某食品密度依赖于 次要成分的密度。
2013-7-13 44
如果已知农产品或食物组分，可以从ρi和mi计算出真实 密度ρs：
将组分分成水分和干物质，由 此可以推断出水分对密度的影 响
2013-7-13 45
2013-7-13
13
rmin 圆度 Rp
式中：
rmin为最大投影面积图上类 球体食品的最小曲率半径；
Rp为最大投影面积图上类
球体食品的平均半径。
2013-7-13
14
2.1.2 球度
类球体食品的球度表示其球形程度，即等体 积球体投影圆的周长，与食品最小外接球体 投影圆的周长之比。 其表示方法有以下三类：
1 （80 70 70）/ 3 球度
73.18 0.914 80 80
2013-7-13
18
2.2 体积与表面积
2.2.1 体积的测量 通过测定气体、液体排出量，确定固体体积。
小颗粒固态食品 （谷物和种子）
密度瓶法
较大体积的固态 食品（果蔬）
台秤称量法
气体排出法 细小颗粒状和不规 则形状固态食品
2013-7-13 11
2.1.1 圆度
类球体的圆度是表示其棱角锐利程度的一个 参数。
方法一：
圆度=Ap / Ac
式中： Ap为类球体食品在自然放
置稳定状态下的最大投影面 积； Ac为食品投影的最小外接 圆面积。
2013-7-13 12
圆度
式中：
r
i 1
n
i
nR
ri为类球体食品最大投影面 积图形上棱角的曲率半径； R为类球体食品最大投影面 积图形的最大内接圆半径； N为棱角总数。
2.3.2 体积质量
颗粒状物质，如谷物、面粉和脱水食物可以用真实密度、 粒密度和体积质量进行描述。
真实密度
颗粒状 物质描 述
粒密度
体积质量
指单个颗粒、单 个籽粒上单位体 积的密度。
2013-7-13 46
颗粒内部的空隙影 响粒密度。 不同种类谷物颗粒 密度相差很多，而 同一种谷物的不同 类别之间的差异小 一些。 粒密度也和水分含 量紧密相关。
201合理想气体定律： PV=nRT
设平衡发生在恒温下： P1V1=P2V1+P2(V2-Vs)
Vs 2V
V2是2室内气体体积；Vs是2室内固体体积
V1=V2=V
P1 V P2
注意事项
a.空气不完全遵从理想气体定律 b.两容器等压不等温 c.压力计出现问题，需校验设备 d.减少气体进入食品内（涂膜）
2013-7-13 23
注意事项
• 食品不能接触烧杯底部； • 如果食品比水重，那么可以用尼龙线将其悬挂； • 如果食品比水轻，则要用一个金属棒将食品压入 水中。
2013-7-13
24
（3）气体排出法（细小颗粒和不规则固体食品， 谷物、甘草）
原理：
根据理想气体状态方程
PV=nRT(克拉伯龙方程）
其它方法 计算机图像识别系统快速检测具有圆形或椭圆形 横截面的果蔬、种子表面积和体积。
2013-7-13
29
2.2.3 投影法计算食品体积和表面积
不规则形状的较大体积的食品，其表面积可以用投 影法计算出来。 物体各项尺寸之间的无量纲组合， 称为形状因素。 物体尺寸与其面积或体积之间的关系称为形状系数。 形状系数是表示物体实际形状与球形不一致程度的 尺寸。常用的是面积形状系数和体积形状系数。
许多果蔬的长度都是指平行于茎的最长尺寸， 直径则指正交于茎的最长尺寸。
但也有特殊情况，比如:土豆的直径就不是参 照茎定义的，而是垂直于最长轴的最大尺寸。
9
2013-7-13
果蔬、谷物、种子等形状差别很大。
2013-7-13
10
•大多数水果呈类球体. •类球体分为扁球体、椭球体等。 •通常用圆度和球度定量描述。
2013-7-13
5
用食品与农产品凸起部分的尺寸来表示其大小：三维尺 寸分别为大直径、中径和小直径。 大直径：最大凸起区域的最长尺寸； 小直径：最小凸起区域的最短直径； 中径：最大凸起区域的最小直径，一般人们假设 它与最小凸起区域的最长直径相等。
用测微器或测径器测量三维尺寸
2013-7-13
2013-7-13
15
2013-7-13
16
计算直径与食品的大直径、中径和小直径相 等的椭圆的体积。此时的球度是此食品体积 与理想球体（球体直径与产品大直径相等） 体积之比：
2013-7-13
17
例题
已知一个梨的大直径为80 mm，中经为70 mm， 小直径为70 mm，则该梨的球度为多少？ （7.3183=392）
2013-7-13 19
（1）密度瓶法（小颗粒固态食品，谷物）
原理：
通过测量食品排出液体的质量，利用公式进行计算。
2013-7-13
20
注意 事项
称空密度瓶质量前，一定要经过烘干处理，避 免瓶内有残留液体。
式中： Vs——固态食品体积； mp——空密度瓶的质量； mpf——装满液体的密度瓶的质量； mps——装入食品的密度瓶的质量（无液体）； mpfs——同时装有液体和食品的密度瓶的质量； ρf ——液体密度。
2013-7-13
40
解答
浮力=（容器+水+悬浮鳄梨）的总质量-容器 和水的质量。 即：浮力=1355.3g-1137.1g=218.2g。 鳄梨体积=218.2g/0.9982g/cm3=218.6cm3 密度=质量/体积 =219.8g/218.6cm3=1.005g/cm3 讨论：水和鳄梨密度接近。
质量ms后，即可求得表观密度ρa:
表观密度的倒数称为表观比容积
2013-7-13
48
如果将装填好的容器继续敲打，直至获得最紧密状 态，则此时的表观密度称为最终表观密度或称为充 填密度ρt:
式中，Vt——食品的最终填充体积。
2013-7-13
49
人工干燥、组分等 粒度分布情况和颗 粒形状 填料方法 直接从喷嘴填 入容器的谷物 密度不如用离 心式谷物分布 机装入的体积 质量大
2013-7-13 31
食品单位体积的表面积Sv，也叫作比表面积，表示为：
a SV, a——食品的体面积形状系数， 也称比表面积形状系数； xSV——食品的体面积尺寸。
2013-7-13
32
2.3 密度
食品密度